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Posted in Conceptos Básicos Fibra de Optica | 3 comments

Fibra Monomodo de Dispersión Desplazada

Con la fibra monomodo estándar dejo de tener importancia la dispersión modal, y paso a tener una mayor importancia la dispersión espectral o dispersión cromática, causada por la variación de la velocidad de la luz a través de una fibra con una determinada longitud de onda. La dispersión cromática esta formada por la suma de dos componentes: la dispersión inherente al material y la dispersión originado por la estructura de la guia de onda, estos componentes pueden tener signos diferentes. Ambos componentes se cancelan en un punto cercano a 1.31 mm en una fibra monomodo estándar del tipo step-index,. Esta es una longitud de onda útil, pero no es ideal ya que la pérdida de una fibra de vidrio es menor a 1.55 um, y los amplificadores dopados de Erbio operan en este rango.

La Dispersión total es la suma de dos componentes:

La dispersión del material es una característica inherente del material, que no puede ser fácilmente cambiada sin alterar la composición del vidrio y aumentar la atenuación.

La dispersión de guía de onda se origina porque la propagación de la luz en una guía de onda depende de la longitud de onda así como de las dimensiones de la guía. La distribución de la luz entre el núcleo y el cladding cambia con la longitud de onda.

El cambio de la distribución de la luz afecta la velocidad de transmisión de la luz a través de la fibra. El núcleo y el cladding tienen diferentes índices de refracción que determina la velocidad de la luz en ellos. Ya que la luz permanece un tiempo tanto en el núcleo como en el cladding, su velocidad efectiva a través de toda la fibra es un promedio que depende de la distribución de la luz entre ambos. Un cambio en la longitud de onda cambiara la distribución de la luz, y asimismo la velocidad promedio, causando una dispersión de guía de onda.

Ambas dispersiones dependen del rango de longitud de onda de la señal, afortunadamente la dispersión puede tener diferentes símbolos, dependiendo si le velocidad de la luz en la fibra se incrementa o disminuye con la longitud de onda. De esta manera las dispersiones de guía de onda y del material se cancela una a otra en un punto cercano a 1.31 mm en una fibra standard del tipo step-index tal como se muestra en la figura . Cambiando el diseño de la interfase núcleo-cladding se puede alterar la dispersión de guía de onda y así cancelar la dispersión cromática en otra longitud de onda.

dispersion de guia de onda

Existen dos tipos de dispersión desplazada, con pequeñas diferencias, que han llegado a tener gran importancia en el desarrollo tecnológico de la fibra

1- Fibra desplazada de Dispersión nula.

La primera fibra con dispersión desplazada fue diseñada para una dispersión cero a una longitud de onda de 1.55 nm .

Esta fibra fue introducida en el mercado a mediados de los 80´s y permanece en uso, sin embargo nunca llegó a ser tan común como la fibra monomodo standard.

dispersion en la fibra optica

Una fibra diseñada con una dispersión de guia de onda mayor desplaza la dispersión cero a una longitud de onda de 1.55 um

En la siguiente figura mostramos el diseño comercial de una fibra de dispersión desplazada cero. El núcleo tiene un pico del índice refractivo en el centro y cae gradualmente al mismo valor que el del cladding exterior, se fabrica con sílica pura. Un pequeño cladding interior de sílica pura rodea al núcleo interno, y este a su vez es rodeado por un núcleo exterior. El índice refractivo del núcleo exterior se incrementa con la distancia del núcleo hasta que alcanza un pico a la mitad de camino entre el índice de sílica pura y el pico interior . Luego cae suavemente hasta alcanzar el nivel del cladding exterior de sílica pura. Este diseño incrementa la dispersión de guia de onda. Asimimo tambien afecta el diámetro de modo de campo, reduciéndolo a aproximadamente 8.1 um en los 1.55 um, comparado a los 10.5 um típicos para las fibras monomodos de tipo escalón operando a 1.55 um.

dispersion en la firba optica

Este diseño trabaja muy bien para los sistemas de transmisión de señales en la región de la longitud de onda de dispersión cero. Sin embargo, si el sistema transmite múltiples longitudes de onda en la región de los 1.55 mm, las señales en las diferentes longitudes de onda pueden mezclarse unas a otras, generando ruido que degrada la perfomance de los sistemas.

2. La fibra de Dispersión desplazada casi nula. NZ-DSF

El diseño de una fibra de dispersión desplazada puede ser modificada para desplazar la dispersión cero a una longitud de onda mas allá del rango de operación de los amplificadores dopados con erbio, para evitar las mezclas de ondas que causan el problemas en los sistemas que usan multiplexación de longitudes de onda. Por ejemplo, un pequeño adelanto de la dispersión de guía de onda puede llevar la dispersión cero a una longitud de onda de 1.6 mm. A estas fibras se les denomina fibras de dispersión desplazada no nula ó casi cero porque el rango de dispersión bajo esta desplazado, pero la dispersión cero se encuentra en un punto fuera del rango usado para transmitir la señal.

La diferencia en el diseño es sutil, el perfil del índice de refracción se muestra en la siguiente figura que es muy semejante al perfil de las fibras de dispersión cero, pero existe una diferencia marcada en la magnitud de los picos en la curva.

fibra optica de dispersion desplazada

El cambio conjunto en la dispersión es mínimo, pero bastante significativo, la dispersión permanece relativamente baja en la ventana de los 1.55 um, sin embargo la diferencia entre estos tipos de fibras de dispersión desplazada es sutil, pero puede afectar fuertemente la perfomance de los sistemas que usan multiplexación de división de ondas.

dispersion desplazada

En el aspecto normativo, actualmente las fibras NZ-DSF están agrupadas bajo la norma G.655 de la ITU-T que posee tres clases: G.655.A; G.655.B y G.655.C. Ellas se diferencian esencialmente en que la fibra de tipo “A” describe la fibra NZDSF original, sin los requerimientos actuales de PMD o banda L; la de tipo “B” comprende los nuevos tipos de fibra que cumplen con los requerimientos de PMD y de banda extendida al aumentar el valor absoluto máximo del coeficiente de dispersión cromática a 10 [ps/km·nm], pero con una diferencia máxima entre el valor mínimo y el máximo dentro de la banda en valor absoluto de 5 [ps/km·nm]. Esto significa que la norma limita el valor de la pendiente de dispersión de la fibra. Finalmente la de tipo “C” además de cumplir con los requerimientos de PMD y de banda extendida, contempla las fibras de última generación que han logrado disminuir el coeficiente de PMD.

Sin embargo el aspecto normativo es solo el punto de partida y, en general, las fibras NZ-DSF de nueva generación cumplen sobradamente con estos requerimientos y se diferencian entre ellas por características aun mas especificas. Como se sabe, las NZ-DSF tradicionales están optimizadas para la transmisión en la banda C (Convencional), ya que en esta zona entregan una baja atenuación de alrededor de 0.2 dB/km, y un coeficiente de dispersión cromática bajo, pero no igual a cero (típicamente de ± 3 a ± 5 ps/km·nm) para minimizar los efectos de los fenómenos no lineales principalmente el FWM (Four Wave Mixing). En este tipo de fibras las mejoras que se introducen a las ya conocidas NZ-DSF tradicionales son:

Fibras NZ-DSF con un Área Efectiva Extendida: Debido a que los fenómenos no lineales se manifiestan a causa de que el campo modal esta muy concentrado en un área pequeña, las fibras de nueva generación aumentan el área efectiva de las fibras NZ-DSF convencionales para disminuir este efecto. El área efectiva en una fibra óptica NZ-DSF tradicional es de 50 a 60 µm². En las fibras de nueva generación con área efectiva extendida, el valor de este parámetro esta entre 70 µm² y 110 µm² con valores típicos de 72 µm². Sin embargo el área efectiva extendida no puede aumentar en forma excesiva ya que se debe mantener la condición monomodo de la fibra. El área efectiva extendida permite entonces disminuir el peak de potencia que la fibra óptica debe soportar disminuyendo de forma importante el fenómeno de mezcla de cuatro ondas, FWM.

3 Comments

  1. Por favor me pueden ayudar con los valores típicos de áreas efectivas de las fibras ópticas monomodo SSMF, DSF.

    Y cual es la mejor fibra ante el efecto de auto modulacion de fase?

  2. ME ENCANTAN LOS TEMAS COMO LOS ESPLICAN ESTAN
    MUY BIEN ELABORADOS Y CON UN BUEN CONTENIDO QUE ES FACIL ENTENDER, ME GUSTARIA QUE PUDIERAN MANDARME MAS BOLETINES DE ESTOS ASI COMO MAS INFORMACION DE OTROS TEMAS…. SALUDOS

  3. Saludos! que efecto se puede dar si se fusiona una fibra standar 652 con una 655 bien sea desplazada o nula?

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